Как лазер воздействует на кожу?

После изобретения первых лазеров ученые стали анализировать влияние фотонов на организм человека. Вскоре было установлено, что лазер можно использовать в медицине в качестве высокоточного скальпеля. Это осуществимо, поскольку лазерный луч обладает уникальными свойствами:

• монохромность — длина волны задается с точностью до 1 нм;
  
• высокая энергия луча;
  
• коллимация — все фотоны распространяются в одном направлении, поэтому даже на большом расстоянии луч имеет малый угол расходимости;
  
• возможность сверхкороткого импульса.
  
  

Эти же свойства лазерного луча актуальны в эстетической медицине. В 1983 году было опубликовано исследование, которое определило современное развитие лазерной косметологии. Ученые из Гарвардского университета Рокс Андерсон и Джон Пэрриш описали явление селективного фототермолиза. Достоинство предложенного ими метода заключается в том, что лучом с пятном широкого диаметра можно избирательно воздействовать на микроскопические ферменты, расположенные в коже.

Андерсон и Пэрриш взяли за основу известную на тот момент идею, что часть фотонов при попадании на кожу проникает в дерму. В тканях оптическая энергия преобразуется в тепловую. Гарвардские ученые доказали, что можно нагревать конкретные ткани-мишени (хромофоры), расположенные в коже. Для этого необходимо учитывать спектр поглощения (абсорбции) различных веществ. Если длина волны лазерного луча соответствует пику абсорбции хромофора, большая часть световой энергии будет поглощена этим хромофором. Данное явление получило название селективного фототермолиза.

В публикации 1983 года были представлены спектры поглощения двух хромофоров — оксигемоглобина и меланина. У меланина спектр поглощения широкий. Пик находится в ультрафиолетовом диапазоне, абсорбция снижается с увеличением длины волны. У оксигемоглобина существуют выраженные пики абсорбции: 418, 542 и 577 нм. Американские исследователи также определили, что при длине волны более 2000 нм основная часть энергии поглощается водой. В ходе дальнейших исследований было установлено, что хромофором может выступать метгемоглобин, дезоксигемоглобин, порфирины, искусственные хромофоры (татуировки).

Андерсон и Пэрриш также назвали второй фактор, определяющий успешность лазерного воздействия на кожу. Это время температурной релаксации (ВТР) хромофора — период, за который облучённое вещество передает 50% тепловой энергии в окружающие ткани. Если длительность лазерного импульса меньше ВТР, прогрев кожи будет незаметным. Современные косметологические устройства построены с учетом этого фактора. В большинстве моделей длительность импульса находится в миллисекундном (1*10^-3) и наносекундном (1*10^-9) диапазоне, а несколько лет назад появились первые коммерческие устройства, которые испускают импульсы на протяжении нескольких пикосекунд (1*10^-12).

Коллаген не принадлежит к числу хромофоров, поскольку белок рассеивает все оптические волны. Тем не менее, современные аппараты эстетической медицины спроектированы с учетом воздействия на коллаген. Прежде всего, соблюдается закономерность: с увеличением длины волны возрастает глубина проникновения фотонов. Это правило действует для излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Глубина проникновения эрбиевого (2940 нм) и углекислотного (10 600 нм) лазеров минимальна, потому что в обоих случаях световую энергию поглощает вода, расположенная в верхних слоях дермы.

Ценность селективного фототермолиза для косметологии в том, что теория определяет методику разностороннего восстановления кожи. Через воздействие на различные хромофоры осуществляется коррекция различных элементов:

• через гемоглобин — кровеносных сосудов;
  
• через меланин — меланосом;
  
• через воду, которая составляет 70% в массе дермы, — кожи в целом.
  

Кроме того, воздействие на коллаген позволяет повысить упругость кожи.

В зависимости от установленных параметров, фотоны оказывают определенный эффект на ткани: фототермический, фотомеханический или фотохимический. При фототермическом эффекте с повышением температуры хромофор разрушается или денатурирует.

Фотомеханический эффект наблюдается при использовании наносекундных или пикосекундных лазеров, когда высокая плотность оптической энергии попадает в ткани за сверхкороткий промежуток времени. При этом хромофоры не только нагреваются, но и подвергаются механическому повреждению в результате фотоакустического эффекта. То есть световой поток создает ударную волну. Этот явление критически важно, например, при удалении татуировок.

Фотохимический эффект происходит, когда после абсорбции света меняется скорость клеточного метаболизма или запускается цепная реакция в тканях. Примером такой реакции является фотодинамическая терапия при лечении акне. Световая энергия воздействует на порфирины, в результате чего вырабатывается синглетный кислород. В свою очередь кислород вступает в реакцию с бактериями P.acnes, которые и являются источником воспалительного процесса в коже.

При выполнении лазерной терапии необходимо учитывать персональные особенности пациента. Организм людей по-разному воспринимает воздействие оптической энергии. В первую очередь, имеет значение цвет кожи пациента, ведь цвет зависит от количества меланина. Чтобы перед процедурой правильно настроить аппарат, врач-косметолог оценивает фототип кожи. Общепринятой является шкала Фитцпатрика, которую используют все производители косметологических приборов.

Ученые продолжают исследовать воздействие лазерного луча на кожу. В работах последних лет, в частности, освещается влияние оптической энергии на межклеточный матрикс и ДНК клеток кожи. Врачей также интересует возможность использования лазерных аппаратов для липосакции и для лечения кожных онкологических заболеваний.